Одной из самых простых является система отопления с естественной циркуляцией. Однако эта простота при отсутствии надлежащего опыта работ с такими системами может «вылезти боком» в процессе эксплуатации.

Отопление с естественной циркуляцией было широко распространено еще десяток лет назад в загородных небольших домах и некоторых квартирах с индивидуальным отоплением. Сейчас же рынок «завоевывают» системы с принудительной циркуляцией теплоносителя, благодаря возможностям, которые они предоставляют.

Но поговорим все же про водяное отопление с естественной циркуляцией.

Конструкционные особенности системы

Системы отопления с естественной циркуляцией включают в свой состав:

• отопительный котел, нагревающий воду;
• подающий трубопровод, «поставляющий» горячую воду к отопительным приборам (радиаторам);
• обратный трубопровод, по которому вода возвращается в котел;
• нагревательные приборы - радиаторы, отдающие тепло в окружающую среду;
• , предназначенный для компенсации температурного расширения жидкости.

Принцип действия системы

Вода, нагреваясь в котле, поднимается вверх по центральному стояку и по подающему трубопроводу поступает в радиаторы отопления (нагревательные приборы), где отдает часть своего тепла. Далее уже охлажденная вода по обратному трубопроводу вновь поступает в котел и снова нагревается. Затем цикл повторяется, обеспечивая комфортную температуру в отапливаемом помещении.

Для обеспечения естественной циркуляции теплоносителя (обычно воды) в системе горизонтальные части трубопровода монтируются с уклоном не менее 1 см на погонный метр длины горизонтального участка системы отопления.

Горячая вода, вследствие уменьшения своей плотности при нагревании, поднимается по центральному стояку вверх, выдавливаемая холодной водой, возвращающейся в котел. Далее самотеком растекается по подающему трубопроводу к радиаторам отопления. После «пребывания» в них вода также самотеком стекает обратно в котел, вновь выдавливая вверх уже нагретую в котле воду.

Воздух, попавший с теплоносителем в систему, может создать воздушную пробку в радиаторах отопления, но, зачастую, в таких системах отопления с естественной циркуляцией пузырьки воздуха благодаря уклонам трубопровода «путешествуют» вверх и выходят в расширительный бачок открытого типа (бак, контактирующий с атмосферным воздухом).

Расширительный бачок предназначен для поддержания постоянного давления в системе отопления, благодаря тому, что он заполняется увеличившимся при нагревании объемом теплоносителя, который затем «отдает» обратно в систему при понижении температуры жидкости.

Делаем выводы!

Итак! Подъем воды в системе (стояке к подающей трубе) осуществляется благодаря разнице между плотностями нагретой и охлажденной жидкости. Движение же (циркуляция) поддерживается еще и благодаря гравитационному давлению (обратная труба).

При движении теплоносителя по трубопроводу в системе отопления с естественной циркуляцией на жидкость действуют силы сопротивления:

• трение жидкости о стенки труб (для снижения используются трубы большого диаметра);
• изменение направления движения жидкостью на поворотах, ответвлениях, каналах отопительных приборов (радиаторов).

Основные физические параметры системы отопления с естественной циркуляцией

Циркуляционный напор Рц - физическая величина, определяемая разностью высот центров котла и самого нижнего отопительного прибора (радиатора).

Чем больше разница высот (h) и разница плотностей нагретой (ρ г) и охлажденной (ρ о) жидкостей в системе, тем более качественная и стабильная будет циркуляция теплоносителя.

Р ц =h(ρ о -ρ г)=м(кг/м 3 -кг/м 3)=кг/м 2 =мм.вод.ст.

«Поищем» причину появления циркуляционного напора в системе отопления с естественной циркуляцией в «дебрях» законов физики.

Если допустить, что температура теплоносителя в системе отопления «делает прыжок» между центрами приборов (котла и радиаторов), то есть верхняя часть системы содержит более горячую воду, чем нижняя часть системы.

Плотность (ρ г)(ρ г).

Отсекаем (мысленно) верхнюю часть на схеме контура и… Что мы видим? Знакомую картину со школы - два сообщающихся сосуда, находящиеся на разном уровне. А это приведет к тому, что жидкость с более высокой точки по действием гравитационной силы будет перетекать в более низкую.

Вследствие того, что отопительная система представляет собой замкнутый контур, то вода не выплескивается, а просто стремиться выровнять свой уровень, что приводит к выталкиванию нагретой воды вверх и к дальнейшему ее «самостоятельному гравитационному» пути по системе отопления.

Вывод таков! Основополагающим показателем циркуляционного напора является разница высот установки котла и последнего (нижнего) в системе радиатора. Поэтому в системах отопления частных домов котлы по возможности располагают в подвалах, соблюдая предельную высоту в 3 м.

В квартирных вариантах котлы стараются «углубить» до плиты перекрытия, соответственно «пожарообезопасив» «гнездо» посадки котла в пол.

Согласно формуле, приведенной выше, на циркуляционный напор существенной влияние оказывает и разница плотностей холодной и горячей воды в системе.

Система отопления с естественной циркуляцией является саморегулируемой системой, то есть, например, при повышении температуры нагрева теплоносителя естественным образом (см. формулу) увеличивается циркуляционный напор и, соответственно, расход воды.

При низкой температуре в отапливаемом помещении разница плотностей воды большая и циркуляционный напор достаточно большой. При прогреве помещения теплоноситель уже не так остывает в радиаторах, и разница плотностей нагретого и охлажденного теплоносителя уменьшается. Соответственно уменьшается и циркуляционный напор, уменьшая «расход» воды.

Охладился воздух в помещении? Например, кто-то открыл двери на улицу. Разница плотностей опять возросла, увеличив напор воды.

Недостатки и преимущества систем отопления с естественной циркуляцией

К недостаткам водяных систем отопления с естественной циркуляцией можно отнести:

• Небольшое циркуляционное давление, которое определяет ограниченное использование таких систем отопления - небольшой горизонтальный радиус действия (до 30 м).
• Большая инертность системы отопления, обусловленная большим объемом теплоносителя в системе и низким циркуляционным давлением.
• Вероятность замерзания воды в расширительном баке открытого типа, который, обычно находится в холодном (неотапливаемом) чердачном помещении.

Основным преимуществом таких систем является энергонезависимость котлов на твердом топливе. То есть такие системы можно использовать в домах, где отсутствует электроснабжение. Большая инертность системы из-за достаточно большого объема теплоносителя в системе может играть как положительную (некое подобие теплового аккумулятора при «потухшем» котле), так и отрицательную роль - значительное время изменения температуры системы, особенно на стадии запуска.

Виды схем отопления с естественной циркуляцией

Какую систему отопления с естественной циркуляцией теплоносителя Вы выберете? Надеемся правильную!

Система водяного отопления позволяет подавать разогретый теплоноситель к радиаторам, которые могут быть расположены как угодно внутри здания. Это дает возможность очень гибко распределять тепловую энергию по всему дому в зависимости от необходимости. А котел может располагаться в любом подсобном помещении.

Нужно заметить, что водяное отопления весьма сложное, и в его создании должны участвовать специалисты – теплотехники, проектировщики, монтажники… Создание такой системы своими руками возможно, скорее, для небольших частных домов с использованием, так называемых, «народных» рекомендаций.

Принцип работы водяного отопления с самотечным движением теплоносителя

Водяное отопление можно классифицировать по степени сложности.

Простейшая схема основывается на саморецеркуляции теплоносителя. Трубопроводы и радиаторы размещаются таким образом, что бы в них создавался естественных ток воды. Это движение возникает за счет разности масс теплой и холодной жидкости. Как известно теплая жидкость (или газ) легче холодной и поднимается вверх, а холодная – опускается вниз.

Направление циркуляции воды следующее.
Нагретая в котле вода поднимается в самую высокую точку системы, откуда, по подающему трубопроводу опускается в радиаторы. Остывая в радиаторах, она движется по ним вниз к обратному трубопроводу, по которому возвращается снова в котел.

Что бы самотечная система водяного отопления функционировала нормально, необходимо, что бы в ней поддерживалась достаточно большая скорость движения жидкости. Для этого система должна соответствовать нескольким требованиям.

Требование к самотечному водяному отоплению

• Известно, что для поддержания нормальной скорости теплоносителя, разница температур между подачей (горячей трубой выходящей из котла) и обраткой (холодной трубой подводящей к котлу остывший теплоноситель) должна быть минимум 25 градусов. Система водяного отопления с самотечной подачей воды является саморегулирующейся. Чем холоднее в доме, и чем быстрее остывает вода, — тем выше ее скорость и больше скорость теплообмена между котлом и радиаторами. Теплоноситель отдает больше энергии в комнаты. Если остывание воды не значительное, — ее скорость движения уменьшиться, а температура поднимется. Это должно в свою очередь приводить к уменьшению энергоотдачи от котла за счет его регулирования автоматикой.
• Должно соблюдаться правило соотношения уровней котла и отопительных приборов. Греющая зона котла должна быть ниже центральной оси радиаторов, что бы холодная вода естественным образом стремилась в саму низкую точку, — к входу котла. Что бы выполнить это условие котлы в самотечной системе размещают как можно ниже, — или в приямке, или в подвальном помещении.
• Горячий и обратный трубопровод должны иметь разность высот начальной и конечной точек движения воды. Это значение должно быть таким, что бы средний уклон трубопроводов по ходу движения воды был не меньше чем 1:100. Конечно, по длине трубопроводы могут иметь какие угодно уклоны и изгибы, здесь речь идет только о среднем уклоне.
• Расстояние от котла до самого удаленного радиатора не должно превышать 30 метров (для уверенной работы системы, — рекомендуется не более 15 метров). Это требование вытекает из наличия сопротивлений движению воды. Только при указанных расстояниях (длинах трубопроводов) гидравлическое сопротивление трубопроводов не будет существенным препятствием для самоциркуляции воды.
• Также, с целью уменьшения гидравлического сопротивления, применяются трубопроводы повышенного диаметра и радиаторы с большой пропускной способностью. Рекомендуемые минимумы диаметров трубопроводов:
  — на выходе из котла до расширительного бака – 50 мм;
  — на разводку группы радиаторов 4 – 8 шт. (подача и обратка) – 40 – 32 мм;
  — на подключение одного радиатора – минимум 20 мм.
• Вся система должна быть полностью заполненная водой. В ней не должно находиться воздуха. Только в этом случае возможно нормальное движение воды. Для обеспечения работоспособности, в систему вводится расширительный бачок, который устанавливается в самой верхней точке. В этом баке сохраняется резерв воды системы, а также к нему подводится технический трубопровод, через который, в случае превышения уровня воды при нагревании, осуществляется ее сброс в канализацию.
  }